A medição da constante de Hubble, o ritmo de expansão do Universo, é uma área de investigação ativa entre astrónomos de todo o mundo que analisam dados de observatórios terrestres e espaciais. O Telescópio Espacial James Webb da NASA já contribuiu para esta discussão em curso. No início deste ano, os astrónomos utilizaram dados do Webb contendo variáveis Cefeidas e supernovas do Tipo Ia, marcadores de distância fiáveis para medir o ritmo de expansão do Universo, para confirmar as medições anteriores do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Agora, os investigadores estão a utilizar um método de medição independente para melhorar ainda mais a precisão da constante de Hubble - supernovas sob o efeito de lentes gravitacionais. Brenda Frye, da Universidade do Arizona, e uma equipa de muitos investigadores de diferentes instituições de todo o mundo, estão a liderar este esforço após a descoberta, pelo Webb, de três pontos de luz na direção de um enxame de galáxias distante e densamente povoado. A Dra. Frye explica mais acerca do que a equipa apelidou de Supernova H0pe e acerca da forma como os efeitos da lente gravitacional estão a fornecer informações sobre a constante de Hubble.

"Tudo começou com uma questão da equipa: 'O que são aqueles três pontos que não estavam lá antes? Poderá ser uma supernova?' Os pontos de luz, que não eram visíveis nas imagens obtidas pelo Hubble em 2015 do mesmo enxame, tornaram-se óbvios quando as imagens de PLCK G165.7+67.0 chegaram à Terra, provenientes do programa PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) do GTO (Guaranteed Time Observations) do Webb. A equipa realça que aquela pergunta foi a primeira a vir à mente por uma boa razão: 'O campo de G165 foi selecionado para este programa devido à sua elevada taxa de formação estelar de mais de 300 massas solares por ano, um atributo que se correlaciona com taxas mais elevadas de supernovas'.

"As análises iniciais confirmaram que estes pontos correspondiam a uma estrela em explosão, uma estrela com qualidades raras. Em primeiro lugar, trata-se de uma supernova do Tipo Ia, uma explosão de uma estrela anã branca. Este tipo de supernova é geralmente designado por 'vela padrão', o que significa que a supernova tinha um brilho intrínseco conhecido. Em segundo lugar, é uma lente gravitacional.

"A lente gravitacional é importante para esta experiência. A lente, que consiste num enxame de galáxias situado entre a supernova e nós, curva a luz da supernova em múltiplas imagens. Isto é semelhante à forma como um espelho triplo apresenta três imagens diferentes de uma pessoa sentada à sua frente. Na imagem do Webb, isto foi demonstrado mesmo diante dos nossos olhos, na medida em que a imagem do meio foi invertida em relação às outras duas imagens, um efeito de 'lente' previsto pela teoria.

"Para se obterem três imagens, a luz viajou ao longo de três trajetos diferentes. Como cada percurso tinha um comprimento diferente e a luz viajava à mesma velocidade, a supernova foi fotografada nesta observação Webb em três momentos diferentes durante a sua explosão. Na analogia com o espelho, houve um atraso no tempo em que o espelho da direita mostrava uma pessoa a levantar um pente, o espelho da esquerda mostrava o cabelo a ser penteado e o espelho do meio mostrava a pessoa a pousar o pente.

"As imagens triplas de supernovas são especiais: os atrasos de tempo, a distância da supernova e as propriedades da lente gravitacional produzem um valor para a constante de Hubble, ou H0. A supernova foi batizada SN H0pe porque dá aos astrónomos a esperança de compreender melhor o ritmo de expansão do Universo.

"Num esforço para explorar melhor SN H0pe, a equipa do PEARLS-Clusters pediu mais tempo de observação com o Webb, proposta esta que foi avaliada por peritos científicos em revisão anónima dupla e recomendada pelo Grupo de Políticas Científicas do Webb para observações DDT (Director's Discretionary Time). Em paralelo, foram adquiridos dados com o MMT, um telescópio de 6,5 metros no Monte Hopkins, e com o LBT (Large Binocular Telescope) no Monte Graham, ambos no Arizona, EUA. Ao analisar ambas as observações, a nossa equipa foi capaz de confirmar que SN H0pe está ancorada a uma galáxia de fundo, bem por trás do enxame, que existia 3,5 mil milhões de anos após o Big Bang.

"SN H0pe é uma das supernovas Tipo Ia mais distantes observadas até à data. Um outro membro da equipa fez outra medição do atraso temporal analisando a evolução da sua luz dispersa nas suas cores constituintes, ou 'espetro', a partir do Webb, confirmando a natureza Tipo Ia de SN H0pe.

"Sete subgrupos contribuíram com modelos de lentes que descrevem a distribuição de matéria 2D do enxame de galáxias. Uma vez que a supernova de Tipo Ia é uma vela padrão, cada modelo de lente foi 'classificado' pela sua capacidade de prever os atrasos de tempo e os brilhos da supernova em relação aos verdadeiros valores medidos.

"Para evitar enviesamentos, os resultados foram ocultados destes grupos independentes e revelados uns aos outros no dia e hora anunciados numa 'revelação em direto'. A equipa apresenta o valor da constante de Hubble como 75,4 quilómetros por segundo por megaparsec, mais 8,1 ou menos 5,5 [um parsec equivale a 3,26 anos-luz de distância]. Esta é apenas a segunda medição da constante de Hubble com este método e a primeira vez usando uma vela padrão. O investigador principal do programa PEARLS comentou: 'Esta é uma das grandes descobertas do Webb e está a levar a uma melhor compreensão deste parâmetro fundamental do nosso Universo'.

"Os resultados da nossa equipa são impactantes: O valor da constante de Hubble corresponde a outras medições no Universo local e está, de certa forma, em tensão com os valores obtidos quando o Universo era jovem. As observações do Ciclo 3 do Webb irão melhorar as incertezas, permitindo restrições mais sensíveis do valor de H0."

Nota: este texto realça ciência em curso, que ainda não passou pelo processo de revisão por pares.

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Quer saber mais?

Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Lei de Hubble (Wikipedia)
Determinando a constante de Hubble (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
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